一種莫來石與碳纖維協(xié)同改性的ptfe復合材料及其制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及油田開發(fā)技術領域，特別是有桿抽油用于防偏磨接髓的耐磨耐高溫材 料的制備方法。
【背景技術】
[0002] 有桿抽油是國內(nèi)外石油行業(yè)采用的、占主導地位的石油舉升方式。在有桿抽油系 統(tǒng)中，由于井眼曲線的復雜性造成了抽油桿和油管在桿管之間相對運動時不同軸，從而形 成了一對摩擦副，引起了抽油管和抽油桿之間的偏磨，特別是在井眼曲線的曲率較大的部 位。抽油桿一般是通過接髓相互連接，運種剛性的連接抽油桿接髓比抽油桿本身的直徑要 大一倍左右。當抽油機工作時，抽油桿和接髓在油管內(nèi)做往復運動，尺寸較大的接髓一般先 和油管接觸并產(chǎn)生摩擦、磨損，相對抽油桿而言，接髓一般是先被磨損的部位。同時，抽油桿 接髓也和油管形成摩擦副、從而導致油管被磨損、油管被磨穿。因此，降低抽油桿接髓-油 管摩擦副的摩擦和磨損，將能提高有桿抽油系統(tǒng)的桿管壽命、延長檢修周期、提高油田企業(yè) 的經(jīng)濟效益。
[0003] 抽油桿接髓外襯是在抽油桿接髓的外表面襯上一層非金屬材料包括陶瓷、工程塑 料等。陶瓷具有較好的耐溫性能和耐磨性能，但是，陶瓷在施工作業(yè)時和生產(chǎn)過程中容易由 于碰撞而破碎，初性極差。若使用功能塑料將會有效解決此類問題。能用于抽油桿接髓的 工程塑料可W是超高分子量聚乙締、聚氨醋、聚四氣乙締等，江蘇油田研發(fā)了一種柔性防磨 抽油桿接髓（《鉆采工藝》，2013年5月）。通過該柔性防磨接髓，抽油桿可W發(fā)生任意方向 的偏轉，變偏磨為全磨；變剛性連接為柔性連接，降低了抽油桿接髓對油管的正壓力，從而 減少了磨損。同時，該方法在抽油桿接髓外表面燒結一層耐磨的超高分子量聚乙締，減緩桿 管之間的磨損，延長了桿管的壽命。但是，接髓外表面的超高分子量聚乙締的軟化溫度低， 在井深較大、井下溫度較高時，燒結在抽油桿接髓外表面的超高分子量聚乙締塑料就很快 被磨損、脫落。
[0004] 天津市超科光纖通訊器材科技有限公司研發(fā)了一種耐磨抽油桿接髓（【申請?zhí)枴?200420029609. 3)，其在抽油桿接髓的金屬外表面設置的一層非金屬層為聚氨醋，設置的非 金屬層具有一定的厚度，同時可W具有很好的耐腐蝕性，由此可W具有很好的耐腐蝕性，由 此可W大大改善抽油桿接髓的耐磨性能，有效的避免了由于抽油桿接髓的金屬部分直接與 油管發(fā)生摩擦，而導致抽油桿接髓磨損現(xiàn)象的發(fā)生，延長了油管的檢修周期，減少維修工作 量，提高了油井的年采油量。但聚氨醋的使用溫度不宜超過120°C。因此，研究在高溫下使 用的耐磨材料迫在眉睫。
[0005] 聚四氣乙締是最具有潛力的減摩材料，具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性和耐腐蝕性，能耐 王水和幾乎所有化學溶劑的腐蝕和溶漲；聚四氣乙締還具有良好的潤滑能力和不粘性，摩 擦系數(shù)小；聚四氣乙締長期使用溫度高達200~260°C，具有良好的耐高溫能力，因此在耐 摩擦磨損、耐腐蝕材料中具有廣泛的應用。聚四氣乙締價格的大幅度下降，也為其在工程 領域的廣泛使用創(chuàng)造了有利條件。然而，聚四氣乙締塑料存在著耐磨損性能差，分子間引力 小、易剝落等缺點，而不適于單獨作耐磨材料使用。通常采用在聚四氣乙締中加入玻璃纖 維、碳纖維等填料對其進行改性，制備成聚四氣乙締復合材料，W求保持其原有優(yōu)異性能的 同時，獲得優(yōu)良的耐磨性，如肖軍，樊會濤等采用了經(jīng)過表面處理的碳纖維來填充增強聚四 氣乙締復合材料（《高分子材料科學與工程》第27卷第4期），經(jīng)處理填充的聚四氣乙締 復合材料的性能與純PTFE相比，拉伸強度和斷裂伸長率分別提高了 48%和100%，磨損率 下降55. 6%。莫來石是一種優(yōu)質(zhì)的耐火材料，它具有膨脹均勻、熱震穩(wěn)定性好、荷重軟化點 高、高溫蠕變小、硬度大、抗化學腐蝕性好等特點；碳纖維具有較高的強度和模量，且其對一 般的有機溶劑、酸、堿都具有良好的耐腐蝕性，不溶不脹。因此用莫來石和碳纖維來填充改 性聚四氣乙締，W期莫來石和碳纖維能夠產(chǎn)生協(xié)同效應，從而進一步改善聚四氣乙締的摩 擦磨損性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)今抽油桿接髓在高溫條件下使用時，抽油桿接髓偏磨， 使抽油桿壽命過短的缺點，提供了一種可W在高溫下耐磨，提高抽油桿壽命的改性聚四氣 乙締復合材料。
[0007] 本發(fā)明的另一目的是提供一種由莫來石和碳纖維共同填充聚四氣乙締的耐磨、耐 局溫復合材料的制造方法。
[0008] 為了達到上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：
[0009] -種用于防偏磨抽油桿接髓的復合材料，是由聚四氣乙締和作為填充劑的莫來石 和碳纖維W100: (10-30) : (10-30)的重量比共混后經(jīng)模壓、燒結而制成。
[0010] 本發(fā)明中所述的莫來石和碳纖維的粒徑優(yōu)選300目。運種填充有莫來石和碳纖維 的聚四氣乙締材料的制造方法包括按順序進行的下列步驟：
[0011] 1)將聚四氣乙締和作為填料的莫來石和碳纖維W100: (10-30) : (10-30)的重量 比在高速攬拌器中攬拌5~8min，制成混配料；
[0012] 2)在模具的模腔中放入上述混配料，然后在250°C預熱15min，再在lOMPa的壓力 下保壓lOmin而完成壓制成型，之后卸壓得到半成品毛巧；
[0013] 3)將上述半成品毛巧放入燒結爐中在370°C進行燒結比，然后冷壓20min即可制 成用于防偏磨抽油桿接髓的莫來石/碳纖維/PTFE復合材料。
[0014] 本發(fā)明通過填充莫來石和碳纖維對聚四氣乙締進行填充改性，對比發(fā)現(xiàn)，通過填 充相同含量的無機填料，莫來石/碳纖維/PTFE復合材料在干/濕摩擦條件下的磨耗要小 于莫來石/PTFE復合材料和碳纖維/PTFE復合材料在相同條件下的磨耗，說明莫來石和碳 纖維具有協(xié)同作用。
【具體實施方式】[001引 實施例1 :
[0016] 按質(zhì)量比將100份的聚四氣乙締微粉和20份的莫來石及10份的碳纖維充分混 合，在250°C下壓制成型，壓力控制在lOMPa，保壓lOmin，然后將壓制成型的巧料和模具一 起放入馬弗爐中，在370°C下燒比，然后冷壓20min，取出。樣品在干/濕條件下，200N的載 荷下，摩擦2400化，拉伸性能按GB1040-2006測定。其摩擦系數(shù)和磨耗見表1。
[0017] 對比例1 :
[0018] 按質(zhì)量比將100份的聚四氣乙締微粉和30份的莫來石充分混合，在250°C下壓制 成型，壓力控制在lOMPa，保壓lOmin，然后將壓制成型的巧料和模具一起放入馬弗爐中，在 370°C下燒比，然后冷壓20min，取出。樣品在干/濕條件下，200N的載荷下，摩擦2400化， 拉伸性能按GB1040-2006測定。其摩擦系數(shù)和磨耗見表1。
[001引 對比例2:
[0020] 按質(zhì)量比將100份的聚四氣乙締微粉和30份的碳纖維充分混合，在250°C下壓制 成型，壓力控制在lOMPa，保壓lOmin，然后將壓制成型的巧料和模具一起放入馬弗爐中，在 370°C下燒比，然后冷壓20min，取出。樣品在干/濕條件下，200N的載荷下，摩擦2400化， 拉伸性能按GB1040-2006測定。其摩擦系數(shù)和磨耗見表1。
[0021] 表1改性聚四氣乙締的摩擦磨損性能和力學性能
[0022]
〇'
【主權項】
1. 一種莫來石與碳纖維協(xié)同改性的PTFE復合材料，其特征在于：由聚四氟乙烯和作為 填充劑的莫來石和碳纖維以100: (10-30) : (10-30)的重量比共混后經(jīng)模壓、燒結制成。2. 根據(jù)權利要求1所述復合材料，其特征在于：所述的莫來石和碳纖維的粒徑均為300 目。3. 根據(jù)權利要求1所述的復合材料，其特征在于，由下述方法制備得到： 1) 將聚四氟乙烯和作為填料的莫來石和碳纖維以100:10-30:10-30的重量比制成混 配料； 2) 在模具的模腔中放入上述混配料，然后在250°C預熱15min，再在IOMPa的壓力下保 壓IOmin而完成壓制成型，之后卸壓得到半成品毛還； 3) 將上述半成品毛坯放入燒結爐中在370°C進行燒結lh，然后冷壓20min即制成用于 防偏磨抽油桿接箍的復合材料。4. 一種莫來石與碳纖維協(xié)同改性的PTFE復合材料的制備方法，其特征在于：由聚四氟 乙烯和作為填充劑的莫來石和碳纖維以100: (10-30) : (10-30)的重量比共混后經(jīng)模壓、燒 結制成。5. 根據(jù)權利要求4所述的制備方法，其特征在于，步驟如下： 1) 將聚四氟乙烯和作為填料的莫來石和碳纖維以100:10-30:10-30的重量比制成混 配料； 2) 在模具的模腔中放入上述混配料，然后在250°C預熱15min，再在IOMPa的壓力下保 壓IOmin而完成壓制成型，之后卸壓得到半成品毛還； 3) 將上述半成品毛坯放入燒結爐中在370°C進行燒結lh，然后冷壓20min即制成用于 防偏磨抽油桿接箍的復合材料。
【專利摘要】本發(fā)明涉及到一種用于防偏磨抽油桿接箍的莫來石/碳纖維/PTFE復合材料，涉及油田開發(fā)技術領域，由聚四氟乙烯和作為填充劑的莫來石和碳纖維以100:(10-30):(10-30)的重量比共混后經(jīng)模壓、燒結制成。本發(fā)明采用的基體材料為聚四氟乙烯粉料，其粒徑大約為20～30μm，而莫來石和碳纖維的粒徑均為300目，這樣有利于填料在基體中的均勻分散，材料的使用溫度條件可以達到160℃以上，二者協(xié)同填充使得聚四氟乙烯耐磨性顯著提高。
【IPC分類】C08K3/36, C08L27/18, C08K7/06
【公開號】CN105199280
【申請?zhí)枴緾N201510762030
【發(fā)明人】石國軍, 李翠
【申請人】揚州大學
【公開日】2015年12月30日
【申請日】2015年11月10日